堤防工程加固施工

堤防工程加固施工主要内容1.概述2.防渗工程设计3.置换法防渗技术4.高压喷射浇灌浆防渗技术5.深层搅拌法6.挤压法防渗技术7.垂直铺塑防渗技术8.劈裂灌浆技术9.排水减压井10.放淤和吹填技术11.安全监测（1）渗流险情型式堤防险情多以险情的性状形态来定名的。堤身:散浸、渗水、脱坡、漏洞、跌窝等堤基:管涌、泡泉、泉眼、隆起、沙沸等7.1概述“管涌”:堤防工程中常说的管涌较之学术名词“管涌”有着本质的差别。•学术上“管涌”：渗流介质中的细料随渗透水流在粗料所形成骨架的孔隙中的移动。•堤防工程中的“管涌”：涵盖了所有渗流破坏型式。7.1概述（2）防渗工程渗流控制：控制堤身（基）内的渗流状态（渗流水头、渗流坡降、渗流量）都在允许范围内，不发生渗流破坏，保证大堤安全。渗流控制的总原则：“前堵后排、保护渗流出口”。渗流控制措施的型式主要有：铺盖、防渗斜墙、垂直防渗墙、锥探灌浆、盖重、淤背、填塘、减压井（沟）、滤层等。7.1概述（1）设计原则和要点防渗工程设计应遵循以下原则：①工程措施应有较高的安全度且有利于施工和维护；②工程措施的选择应因地制宜、导压兼施；③尽量减少对水环境的影响；④大力推广新技术、新工艺和新材料。•防渗工程设计首先是依据险情、地质条件及渗流稳定计算成果，确定治理范围。其次是在上述原则的指导下，在确定的范围内，在流域防洪规划制定的防洪标准（设计洪水位）条件下，结合堤防险情的类型、地质条件、外滩宽窄、堤内居住及耕作情况，综合考虑、分析比较，选择治理措施。7.2防渗工程设计渗流控制标准根据渗流理论和相关规范，堤防渗流控制原则：（1）控制围堤浸润线和下游承压水头，保证坝体和坝基的渗流稳定；（2）控制坝体和坝基的渗透坡降，防止渗透变形破坏，保证下游边坡和下游地面的渗流稳定，其抗渗水力比降和渗透流速满足稳定要求；（3）控制围堤渗流量，尽量减少渗漏损失。渗流控制标准堤身具体结构和堤基土层出发，渗流控制标准主要有以下方面：堤坡出逸高度控制原则围堤为细砂吹填或管袋充填而成，边坡出逸位置较高，对堤坡渗流稳定和边坡抗滑稳定不利。出逸坡面渗水将使得坡面土体剥落流失逐渐发展而造成破坏，与滑坡过程类似，为一个缓慢的过程。而当库水位较高时外侧潮位为非稳定变化时，在相对高潮位时围堤内浸润线会较高，同样在外侧边坡出逸位置也可能较高，因此边坡出逸应加以控制，主要控制边坡出逸高度，应采取有效措施尽量避免在边坡出逸，实在不行则必须采取滤层保护边坡稳定措施。本工程需要研究合适的反滤措施确保砂堤边坡渗流稳定性。渗流控制标准堤坡出逸坡降控制原则由于无防渗情况下边坡出逸位置较高，因此边坡出逸应加以控制，其出逸坡降可按无粘性土边坡出逸坡降计算。当渗流从下游坡出逸时，由于自由面与坡面相切，忽略凝聚力时，渗出点的渗透坡降为：（β为下游坡角）堤坡渗出点的临界渗透坡降可按下式计算[25]：Jc=[γ'1（tgφ-tgβ）cosβ]/γ+C/γ式中，γ为水容重，取γ=10kN/m3；γ'1为土的浮容重，C为出口段坝体填土的凝聚力，φ为土的内摩擦角，根据有关文献，取γ'1=10.2kN/m3，C=0Pa，φ=32°；β为下游坡角，1：2.5的坡，tgβ=0.4（1：2，tgβ=0.5），cosβ=0.928。将所有变量代入式中，可求得Jc371.01/1sin22mJ渗流控制标准渗流控制设计中需要JJc。这里的J可以考虑滤层措施的功效。由于在理论上堤脚的出逸坡降是无限大的，因此，从渗流控制的观念来控制堤坡出逸，则是对可能出逸位置以下边坡实施合适的反滤保护措施，只要反滤保护措施得当，则堤坡出逸的渗流是稳定的。渗流控制标准有渗流的均质土坡稳定安全系数控制原则在浸润线以下的土体除了受到重力作用外，还受到由于水的渗流而产生的渗透力作用。如果水流方向与水平面呈夹角θ，则沿水流方向的渗透力F=γwj。在坡面上取土体V中的土骨架为隔离体，其有效的重量为W=γ'V。分析这块土骨架的稳定性，作用在土骨架上的渗透力为F=jV。因此，沿坡面的全部滑动力，包括重力和渗透力为，坡面的正压力为，则土体沿坡面滑动的稳定安全系数为)cos(sin)sin(cos''jVVjVVTNtgFwws渗流控制标准堤后地面和坡脚渗流坡降控制标准（1）允许垂直渗透坡降控制（2）允许水平渗透坡降控制（3）表层弱透水堤基渗透变形控制渗漏量控制原则:Q≤Q允7.2.2垂直防渗措施•堤防工程的垂直防渗有混凝土防渗墙、垂直铺膜及劈裂灌浆等措施。“98洪水”后，防渗墙、垂直铺膜在加固技术、施工设备、墙体材料等方面有着快速的发展和应用。例如：在长江中下游堤防加固中，各种材料的防渗墙，累计长度已达370余km、总面积420万m2。•垂直防渗方案确定后，其主要的设计指标是墙深、墙厚及墙体材料。截止目前，堤防中常用的薄防渗墙（墙厚≤30cm）、垂直铺塑以及劈裂灌浆等技术均无规范可循。本章仅就使用较多的薄防渗墙作一简要介绍。7.3置换法防渗技术•7.3.1概述•7.3.2抓斗法成墙•7.3.3锯槽法•7.3.4射水法成墙•7.3.5导管（气举）反循环•7.4高压喷射浇灌浆防渗技术•7.4.1概述•7.4.2高压喷射灌浆作用机理•7.4.3高压喷射灌浆防渗体的性能及影响因素•7.4.4高压喷射灌浆施工•7.6挤压法防渗技术•7.6.1振动沉模法•7.6.2超薄防渗墙工法•7.7垂直铺塑防渗技术•7.7.1概述•7.7.2工作原理及技术要求•7.7.3施工设备•7.7.4施工•7.7.5材料•7.7.6质量保证和要求•7.8劈裂灌浆技术•7.8.1概述•7.8.2试验•7.8.3设计•7.8.4施工•7.8.5质量检查•7.9排水减压井•7.9.1减压井设计•7.9.2减压井施工•7.10放淤和吹填技术•7.10.1概述•7.10.2引洪放淤技术•7.10.3机械放淤技术•7.10.4机淤施工技术要求•7.11安全监测•7.11.1监测目的和内容•7.11.2渗流监测仪器和安装方法•7.11.3观测频次•7.11.4工程实例长江重要堤防的防渗工程李思慎长江水利委员会长江工程建设局目录1堤防概况和险情2防渗工程设计理念与方法3施工技术和施工设备4质量控制、评价及运行效果6经验与展望5重大技术问题研究1堤防概况及险情长江中下游防洪体系：以堤防为基础，三峡工程为骨干，干支流水库、蓄滞洪区、河道整治相配套，结合封山植树、退耕还林、平垸行洪、退田还湖、水土保持等措施以及其它非工程措施构成的综合防洪体系。（国务院文件国发[1999]12号）长江中下游堤防总长3万余km。长江干流堤防长约3600km：其中一级堤防长约560km（武汉、荆江大堤等）；二级堤防长约2480km（同马、黄广、荆南长江干堤等）；三、四级堤防长约536km。保护面积：12.6万km2、耕地9000多万亩、人口7500余万人（1997年）及重要工矿企业、交通。1.1概况1堤防概况及险情渗透、崩岸、漫顶1998年长江中下游堤防工程险情统计1.2险情渗流险情堤防类型散浸脱坡管涌漏洞跌窝小计浪坎崩岸涵闸其它合计27636152025279510683043163302202359405险情数29.40%6.50%21.50529.70%1.10%88.20%405636613065989562015698长江干堤主要险情数5.70%8%52.40%18.60%0.90%85.60%83331349426005164218866513922314932554340873825险情数11.30%18.50%35.20522.20%1.20%88.40%44270872232171435468174661702中下游堤防主要险情数2.60%15.90%51.20%13.60%1%84.30%1.2险情1堤防概况及险情f6‘98石首人民大垸鱼尾洲重大管涌险情1.2险情1堤防概况及险情f6f798'荆江大堤杨家湾重大管涌险情1.2险情1堤防概况及险情f6f7长孙堤内管涌导致民房开裂倒塌1.2险情1堤防概况及险情f6f7f5同马大堤排水沟内冒沙f1视图荆江大堤沙市巡司巷冬堤街残迹f2视图荆江大堤堤内隐患f3视图荆江大堤沙市巡司巷堤内隐沟、砖墙f4视图堤身内取出的白蚁菌圃1.3堤防特点1.3.1堤防历史悠久、堤身组成复杂（1）堤身土质杂乱、填筑质量差目前，长江干流堤防断面一般高约（612）m、堤顶宽（812）m、两边坡1:3。但若追溯它们的初始状态，堤身高度仅（12）m，在其不断加高培厚的过程中，由于人们的认识水平和生产力条件，普遍存在土质杂乱、填筑质量差等缺陷，许多堤段形成所谓“金包银”的复式断面。1.3堤防特点1.3.1堤防历史悠久、堤身组成复杂（2）溃口复堤及其它原因在堤身内存在块石、碎石堤防的历史就是与洪水不断抗争的历史，溃口后的复堤往往不能把抢险时的块石杂物等清除干净而留在堤身内部；此外，在堤身加高时，原堤顶路面未能很好处理，其碎石、块石等亦遗留下来。隐蔽工程防渗墙施工时曾在多个堤段遇到这些情况，其中最大石块的直径竟达1.3m。1.3堤防特点1.3.1堤防历史悠久、堤身组成复杂（3）人类活动遗迹先辈们一般沿堤而居，他们在修筑堤防的同时又给堤防的后续加高加固留下了隐患。新中国成立以来的堤防加固过程中，曾多次在堤身内发现残垣断壁、阴沟粪池以及棺木遗骸。98洪水期间，荆江大堤沙市巡司巷段堤内渗水，汛后挖开堤身，先人居住的断壁、阴沟清晰可见。另外，现代的人们又为堤身增加了几许困惑，如堤身埋设有通讯光缆（军缆）、堤顶建有公路（非水利部门专用的防汛公路）、高压线沿堤或越堤而过，为堤防加固建设带来困难。荆江大堤沙市巡司巷冬堤街残迹1.3堤防特点1.3.1堤防历史悠久、堤身组成复杂（4）生物活动、洞穴隐蔽由于气候、土质、植物等条件优越，长江中下游干堤堤身内常有白蚁、蛇、鼠打洞藏身、繁衍，极大地威胁着堤防安全。其中尤以白蚁危害最大，白蚁活动处，堤内蚁巢、蚁道四通八达。解放后虽采用过毒杀、烟熏、灌浆等措施进行大规模、大范围的灭除活动，但由于白蚁自身繁殖力强，复发率高，至今仍难以完全消除。1996年，洪湖长江干堤周家咀段发生堤顶塌陷、堤身多处漏洞、渗水浑浊的重大险情就是白蚁所致。堤身内取出的白蚁菌圃1.3堤防特点长江中下游堤防主要座落在第四纪冲积平原上，堤基表层相对弱透水层厚一般在（18）m，下部通常为深厚的砂及砂卵石层，汛期江水通过砂及砂卵石层流向堤内，威胁堤基的渗透稳定并在地质条件差的部位造成险情。防渗工程堤基地质结构分类表1.3.2堤防历史悠久、堤身组成复杂大类结构特征亚类主要成因堤基由粘土、粉质粘土组成，抗渗条件好或较好，堤岸耐冲、稳定。单粘性土类（Ⅰ1）较稳定的江湖水势条件下，相对静水环境成因。单一结构类（Ⅰ）堤基主要由单一类土体组成，按性状可分为两个亚类。堤基为砂性土，厚度不等，或上部粘性土小于2m，抗渗条件差，易崩岸，是汛期的险工险段。单砂性土类（Ⅰ2）古河道、并岸古砂洲、溃口扇等河势变化的动水环境成因。1.3堤防特点防渗工程堤基地质结构分类表大类结构特征亚类主要成因上部粘性土层厚度一般2m~5m，下部砂层厚，堤岸抗冲性及堤基抗渗性能较差，汛期易出险。上薄层粘性土、下砂土双层结构亚类（Ⅱ1）为漫滩、河流阶地冲积成因。上部粘性土厚度大于5m，下部砂层厚度大，在粘性土无破坏条件下抗渗性好。上厚层粘性土、下砂土双层结构亚类（Ⅱ2）为漫滩、河流阶地冲积成因。双层结构类（Ⅱ）上部有较厚的粘性土或砂土；下部为砂性土或粘性土。根据上部粘性土层的厚度及砂层分布，可分为三个亚类。上部砂性土厚度小于15m，下部粘性土厚度大，堤岸抗冲性差，堤基抗渗性能差，是险工险段。上砂性土、下粘性土双层结构亚类（Ⅱ3）古河道、并岸古砂洲、溃口扇等河势变化的动水环境成因。多层结构类（Ⅲ）由厚度一般小于2m的粘土、粉质粘土、壤土、砂壤土或砂砾石呈互层或夹层透镜状组成的复杂结构堤基，抗渗性能取决于表层粘性土的厚薄及砂壤土